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智能制造案例七:大连亚明轻量化汽车关键压铸件及模具数字化工厂

有679人浏览 日期:2021-09-28放大字体  缩小字体

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 在铸造行业“十四五”发展的开局之年,中国铸造协会在第五届中国铸造节上正式向全行业发布了《铸造行业“十四五”发展规划》,《规划》中明确了“智能制造”的发展目标。
 
智能制造:加快行业信息化建设步伐,形成适用典型铸造工艺和不同产品的智能制造成熟模式,制订智能铸造及成熟度评价系列标准,通过典型数字化车间/智能工厂示范建设,引领行业智能制造快速发展。到2025年,培育200个以上数字化车间/智能工厂。
 
在铸造行业,大连亚明汽车零部件股份有限公司的轻量化汽车关键压铸件及模具数字化工厂作为智能制造示范项目,引领着行业智能制造快速发展。今天将对此项目做详细介绍。
 
轻量化汽车关键压铸件及模具数字化工厂
 
一、企业简介
 
大连亚明汽车零部件股份有限公司(以下简称大连亚明),位于大连市旅顺口区。公司主营业务为铝合金汽车压铸件的生产、模具制造、机械加工、焊接等,公司已为上汽大众、福特、通用、奔驰、丰田等国内外整车和动力总成工厂以及美国水星海事发动机公司等客户生产各种型号的压铸件。公司坚持以市场为导向的保质量、促增长的核心理念, 打造世界一流的压铸企业,成为最受社会信赖的公司。
 
大连亚明在压铸件的生产和模具制造、设备的生产管理方面拥有雄厚的技术积累,拥有国家高新技术企业、辽宁省省级企业技术中心等称号,是国家商务部、发改委正式确认的“国家汽车零部件出口基地企业”,也是我国汽车压铸件行业的前20强企业。在复杂汽车零部件及模具制造方面已具有世界先进的设计及生产工艺装备。作为大连市“两化融合”示范企业,国家工业互联网试点示范企业,已初步形成涵盖智能化设计、数字化、可视化、网络化的生产管理模式。
 
为使企业获得长足发展,大连亚明持续加大创新投入,2019年9月圆满通过了国家工信部智能制造标准化与新模式应用项目验收。这标志着大连亚明在智能制造标准化与新模式上达到了行业的领先水平,其做法和成功经验可推广复制到相关领域和行业,促进产业升级和提升行业的竞争力。
 
二、项目背景
 
目前汽车工业向新能源汽车转型,各国汽车排放标准不断提高,更轻的车身重量将减轻发动机动力提升压力,汽车轻量化将成为未来趋势。采用质量较轻的铝镁合金来代替传统的钢制材料,是汽车轻量化的主要方向,特别是随着近年铸造装备和铸造工艺的重大突破,越来越多的新能源汽车电机、车身结构件、底盘结构件和内饰件等采用轻量化的铝合金来制造。
 
大连亚明综合产品质量、工艺流程及生产规范化管理的需求提升,结合高端客户需求,联合多家共同体进行智能化工厂的建设。本项目在国家万人计划领军人才的带领下,整合了在轻量化设计方面有着深厚经验的一汽团队、在压铸行业唯一获得国家“智能制造新模式应用”团队和工业互联网示范的大连亚明团队,以及在新能源汽车标杆单位特斯拉工作6年的高级经理以及在美国、加拿大、日本工作多年的资深铸造工艺工程师等,开展新能源汽车轻量化铸件数字化设计及智能制造系统的开发与应用。
 
大连亚明在生产车间建立了数字化控制管理系统,采用机床联网、条形码、RFID及人机交互技术,自动采集设备、人工、产量、质量、工时等信息并进行分析处理,做到信息可视化管理,实现生产过程数字化、透明化和目视化,提高了生产效率,实现了管理方式向数字化、智能化的初步转变,提升了企业的竞争能力。同时,企业正在建设成设备自动化、生产透明化、物流智能化、管理移动化和决策数据化的“五化”特征的数字化标杆工厂。
 
三、实施方案
 
本项目以轻量化汽车关键压铸件制造智能化的水平为出发点,通过对压铸件及其模具制造过程中智能化装备、在线检测、智能物流等关键技术的应用,开发具有自主知识产权的智能装备和信息系统,实现PLM、ERP、MES等全生命周期管理系统产品的高效协同与集成。满足产品设计、仿真验证、工艺、制造、检测、物流等全生命周期各环节的智能化需求,研发精准、敏捷的工艺设计系统,建设压铸件及模具智能制造数字化车间。
 
(一)项目内容
 
1、项目主要任务
 
本项目基于轻量化汽车关键压铸件的设计需求,构建从模具设计、生产制造到压铸件生产全流程的数字化工厂,项目主要内容包括:
 
●构建智能化设计平台。包括构建三维数字化研发设计与仿真系统、CAE模拟仿真系统、CAM仿真加工系统。
 
●核心智能制造设备系统集成。包括:压铸车间、模具车间、机加车间,核心智能装备包括大型压铸单元、数控加工中心、智能装配检测设备、智能物流输送装备的关键技术攻关和系统集成。
 
●建立智能化制造系统。包括:建立覆盖制造过程的可视化生产管控中心、建议包含工艺数据、设备数据、产品数据等实时数据采集与传感系统。
 
●建立基于数据驱动的智能管理与决策平台。通过整合车间ERP、MES、PLM等核心应用系统,搭建智能设计、智能制造、数据采集及管理决策平台,建立涵盖智能化设计、智能化装备、智能化制造、智能化经营的智能制造系统框架。实现生产车间的实时感知、优化决策、动态执行。
 
 
 
关键压铸件及模具数字化工厂总体架构图
 
2、智能化设计平台建立
 
智能化设计平台集成了压铸件及模具的设计(CAD)、压铸过程仿真(CAE)、压铸件及模具制造(CAM)系统,平台以计算机辅助设计和仿真分析软件如UG、ANYCASTIN为工具,实现压铸件的结构设计、工艺性分析、浇注系统设计、模流分析、模具设计与制造、压铸件的深加工等全过程的数据传递与闭环反馈,实现从设计到最终生产全过程的质量控制和效率提高。
 
建立产品数据管理系统(PLM),通过关键制造工艺的数值模拟以及加工、装配的可视化仿真,建设数字化研发工艺设计系统,全面提升研发设计水平和效率,缩短产前准备周期,加快产品上市时间,促进企业效益和核心竞争力提升。
 
 
 
数字化车间智能设计平台技术路线
 
3、核心智能制造装备集成
 
●压铸车间、模具车间、机加车间,核心智能装备包括大型压铸单元、数控加工中心、智能装配检测设备、智能物流输送装备的关键技术攻关和系统集成。
 
●建立涵盖生产全过程的车间数据模型,通过运用二维码/条码等移动数据采集技术,实现物料流通全过程的自动采集,实现铝合金压铸产品和压铸模具上下游全流程可追溯。
 
●建立数字化工厂软件体系,提高生产效率,减低生产成本、缩短交货周期,建立涵盖产品的研发设计、生产制造、企业管理、物流/供应链、客户关系管理等制造企业各个业务领域的数字化工厂软件体系。
 
4、搭建基于物联网的实时数据采集与传感系统
 
●通过物联网与智能感知技术实现车间生产信息的采集和集成。压铸机、数控加工中心及机器人的状态数据实时采集并传送给总线网络,通过服务器对数据进行判断处理并传给工业总线和数据中心。
 
●数据来源是通过工业互联网采集数字化智能装备的实时运行数据。
 
●通过移动设备采集生产报工等信息方式构建网络化、数字化车间生产现场的信息数据交换平台。
 
●运用信息感知、网络互连等信息技术,建立全生产过程智能平台。基于相关的安全协议和领域应用标准,通过建设信息物理融合网络,将生产过程相关的设备、资源、物料、客户、生产者等实现实时连接、精确识别及有效信息交互。
 
 
 
车间数据采集系统示意图
 
5、建立覆盖制造过程的可视化生产管控中心
 
●采用电子看板实现制造过程可视化
 
生产数据通过工业以太网实时传输到工厂的数据库,通过大数据挖掘技术,实时分析各生产车间的生产进度、效率及品质等信息;通过监控生产车间的设备运行状态,及时发布设备故障监控信息,合理进行调度; 通过生产库存分析,进行物料预警监控。所有的数据通过中央看板集中显示,帮助管理者根据生产信息进行快速决策与管理。
 
●建立生产车间的Andon预警系统
 
根据实时数据采集系统获取的数据,建立生产车间Andon系统,指示机器运行状态,监控包括机器停机、质量问题、工装故障、操作员延误、材料短缺等在内的各类异常情况,提出生产异常状况处置措施。
 
●采用先进的实时信息推送系统实现车间云端管控
 
通过邮件、短信、微信等多种信息推送方式,及时反馈异常情况和生产过程的状态信息,根据分析评估的结果发出异常处置指令或关闭异常,对生产过程进行移动化的管理与控制,实现云端管控,使管理向移动化管理转变。
 
6、建立基于数据驱动的智能管理与决策平台
 
智能管理与决策平台是一个综合性的管理与决策平台,集成了包括 PLM、 ERP 、 MES、 WMS等信息系统。
 
●建立智能管理与决策平台,涵盖从产品订单开始到制造、销售、服务的产品全生命周期管理模式,通过邮件、短信、手机、电脑和电子看板等方式随时随地了解生产的实时进程。
 
●系统根据客户下单需求,运用PLM系统进行产品研发设计,通过ERP进行资源规划,实现企业生产资源优化配置。
 
 
 
智能管理决策模块示意图
 
●闭环管理的车间制造执行系统(MES)建设。
 
●通过相关智能控制、智能决策及可视化工具,实现全过程的高效人机交互及整体协同优化运行。
 
●运用信息化手段管理、优化生产流程,实现从产品定单开始、直到产品交付的整个生产周期的管理流程自动化。
 
7、数字化车间系统建设
 
●压铸车间、加工车间和装配车间的数字化全覆盖建设
 
轻量化汽车压铸件生产由压铸车间、加工车间和装配车间组成。零件毛坯压铸成型后,通过物流系统转到后序车间,进行下道工序生产,最终通过物流系统完成入库、发运流程。
 
●实现模具生产数字化车间建设
 
针对复杂模具开展智能制造技术研究,已初步实现模具设计,生产,检测,管理全过程的数字化和智能化,实现生产过程的优化控制及大型精密模具高效柔性生产的数字化车间建设。
 
 
 
数字化车间系统
 
●PDM、ERP、MES、WMS等系统集成
 
对ERP、MES、PLM、APS、WMS、PDM等信息系统进行集成。MES与上层ERP、PDM等业务系统进行集成,MES和底层生产设备控制系统一起构成企业的神经系统贯穿产品生产的研发、计划、采购、制造、销售、服务和财务等流程;ERP根据管理的需要,从PDM系统中获得产品数据中的零件基本记录和物料清单(BOM);在ERP系统应用基础上,通过集成制造执行系统MES解决生产现场科研试制问题,ERP系统中物料管理、订单管理、生产管理、库存管理、销售管理、财务管理、产品数据、人力资源8个主要功能模块和PDM、MES之间紧密集成协同工作。
 
(二)项目创新点
 
该项目在我国压铸行业率先实现制造执行系统(MES)、车间物流仓储系统、生产过程数据采集与分析系统、企业资源计划管理系统(ERP)、智能决策支持系统等多各系统的协同应用,实现对压铸生产过程、复杂模具生产过程的精准控制;对设计、生产、管理、服务等环节进行优化决策和动态执行。
 
该项目在智能制造核心装配方面进行了关键技术的攻克,对打破国外技术和市场垄断具有重要作用。项目建设过程中,对包括压铸机、数控加工中心、专用机器人、智能物流与仓储设备在内的几十台套的国产化的核心智能制造装备进行了关键技术攻关和集成。对这些核心智能制造装配的关键技术攻关及集成,使得我国压铸行业核心制造装配摆脱过去依赖进口的困局,对于打破国外技术和市场垄断具有重要作用,带动更多的压铸企业以及其他行业的企业应用国产核心装备,提高智能装备供应商的营收能力。
 
该项目的实施有助于各类国产装备提升数字化、信息化、智能化水平,特别是在效率、节能、安全及可靠性方面将有较大提升,通过应用示范和不断完善推动国产智能装备发展,提升核心竞争力。
 
四、项目实施效果
 
●经济效益
 
通过智能制造项目实施,大连亚明完成了数字化车间的建设,数字化车间的投入使用产生了显著的经济效益。实际生产效率提高了42.04%,运营成本降低了22.78%,研制周期缩短了51.44%,产品不良率降低了35.38%,单位产值能耗降低了31.89%。大连亚明的生产设备已经实现了90%以上的联网率,其中压铸车间32台设备、加工装配车间102台数控设备、模具车间45台数控设备已经全部联网,其中压铸机、机器人、加工中心、数采模块等采集点总数达15000点以上(其中每台压铸机采集点数为421个,每台数控加工中心采集点数为76个)。数字化车间的可视化率已经超过80%,目前压铸车间所有设备均配备可视化看板2块,加工车间所有产线配有可视化看板1块;企业ERP、MES、PLM系统和自主开发的生产经营管理系统功能模块覆盖公司80%以上的经营业务。
 
●建设成果
 
轻量化汽车关键压铸件及模具智能制造新模式项目建设成果将辐射包括压铸成型装备供应商、自动化应用系统集成商、自动化应用软件系统提供商及部分协议高校及实体,并依托“示范工程”平台开展多学科,多领域的交叉应用。协同应用研究,带动我国压铸生产行业、压铸装备制造行业、复杂模具设计、制造行业、智能物流仓储行业、生产性服务行业、通信服务业等相关行业提升产品及服务的数字化、信息化、智能化水平,推广智能制造新模式。
 
●示范作用
 
数字化车间项目建设,将带动一批智能制造新模式条件下的行业标准、团体标准或国家标准的建设,为上述智能制造新模式应用推广提供支撑。
 
●行业影响
 
项目实施成果将在大连国家智能制造新模式示范工程起到一定的示范效应,推动本地区汽车整车厂新产品研制周期创新高、推动汽车零部件国产化;辐射大连相关制造业,开展智能制造新模式应用的探讨与实践;提升国产压铸智能装备、AGV智能物流装备、智能检测装备的技术性能和可靠性,推动大连制造业服务型企业的快速成长;促进大连制造快速走向全国,树立大连制造品牌形象。
 
●社会影响
 
国家层面,实现统筹布局,建立汽车关键零部件数字化制造领域国家级示范基地,提升新能源汽车制造领域国际竞争综合实力,配合“中国制造2025”战略要求实现行业完成供给侧结构性改革目标。行业层面,带动相关装备制造业、模具制造业、制造服务性行业推广应用智能制造新模式;提高生产效率,降低运营成本,淘汰落后产能,提升行业市场竞争力;带动行业开展国家/行业/团体标准体系建设;推动行业在“一带一路”战略背景下开展有效产能输入。区域层面,增强大连智能制造领域国内市场竞争力,促进一批大连中、小制造企业开展供给侧结构性改革试点;促进大连专业人才的引进与培养,促进东北老工业基地企业升级转型。企业层面,提升大连亚明汽车部件股份有限公司盈利能力、综合竞争力、品牌知名度;提高企业自主创新、人才培养、先行先试等综合能力。
 
大连亚明汽车零部件股份有限公司的轻量化汽车关键压铸件及模具数字化工厂项目的成功实施,在带动行业智能制造发展方面具有重大意义,为铸造行业企业转型升级赋能,推动行业健康发展。
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